CN112038096B - 一种耐纹波电流的固态铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐纹波电流的固态铝电解电容器，其特征在于：包括密封在铝壳内的芯包，芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕和折叠而成；阳极箔和阴极箔之间形成有PEDOT：PSS薄膜，所述PEDOT：PSS薄膜内掺杂有对甲基红；对甲基红占PEDOT：PSS薄膜总重量的0.5％‑5％。在本发明中，通过PEDOT：PSS薄膜对PEDOT与阳极箔的氧化膜进行有效的隔离；同时通过对甲基红对PEDOT：PSS薄膜进行掺杂使得PEDOT：PSS薄膜的电导率得到明显的提高，使得PEDOT：PSS薄膜的电导率仅比PEDOT薄膜的电导率略低，这样制作出来的固态铝电解电容器esr小，其耐纹波电流的能力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态铝电解电容器，尤其涉及一种耐纹波电流的固态铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
电容器是电子工业的三大基本元器件之一，广泛应用于各类电子产品中。目前，液态电解电容器在市场上占主导地位，占据了电容器市场的大部分份额。但是，由于电子科学技术的发展，电子产品向高频化、小型化、高可靠度方向发展，对电容器性能，特别是在高频、高低温下的性能的要求也相应提高。
液态电解电容器具有如下所描述的结构：在由铝等阀金属作用形成的阳极箔和阴极箔分别与引出线相连，阳极箔和阴极箔之间插入隔离板，然后环绕起来形成电容器芯包，将电解液浸渍到电容器芯包中，然后将浸渍了电解液的芯包封装在铝或者其他材料制成的壳体中，并使壳体密封。
由于液态电解电容器是使用电解液作为电解质，随着使用时间的推移，以及使用温度的升高，液态电解电容器的电解液逐渐挥发，从而使其容量降低，阻抗增大。固态电解电容器是由液态电解电容器发展而来的一种新型电解电容器，它将液态电容器中的电解液替换为高分子导电聚合物，解决了一些困扰着液态电解电容器的难题，特别是寿命短、耐高温、低温性能差以及稳定性差的问题，在高温环境下，其容量变化的速度远远小于液态电容器。
随着固态铝电解电容器电解质的发展，目前电解质采用高分子导电聚合物，例如PEDOT，但是在芯包上生成PEDOT的时候会对阳极箔的氧化膜形成一定的腐蚀，故出现了PEDOT:PSS薄膜，例如专利201610302908.7，公开的一种一种新型固态电容器及其生产方法；但是PEDOT:PSS薄膜的电导率相对于PEDOT薄膜要低至少一个数量级。在固态铝电解电容器中，电解质的电导率降低会影响固态铝电解电容器的耐纹波电流能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种耐纹波电流的固态铝电解电容器及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种耐纹波电流的固态铝电解电容器，包括密封在铝壳内的芯包，所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕和折叠而成；所述阳极箔和阴极箔之间形成有PEDOT：PSS薄膜，所述PEDOT：PSS薄膜内掺杂有对甲基红；所述对甲基红占PEDOT：PSS薄膜总重量的0.5％-5％。
上述的耐纹波电流的固态铝电解电容器，优选的，所述电解纸为非碳化电解纸，所述电解纸上形成有PEDOT薄膜；对甲基红掺杂的PEDOT：PSS薄膜填充在电解纸与阳极箔以及电解纸与阴极箔之间。
一种耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
1)将对甲基红加入到PEDOT：PSS分散液中，所述对甲基红的重量为对甲基红加上PEDOT：PSS总重量的0.5％-5％；搅拌均匀；待用；
2)将芯包浸入到步骤1)中的溶液中进行含浸；
3)干燥使得阳极箔和阴极箔之间形成有对甲基掺杂的PEDOT：PSS薄膜。
上述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤3)中的干燥温度为50-100摄氏度，时间为2-6小时。
上述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述电解纸为非碳化电解纸，所述电解纸上形成有PEDOT薄膜，所述电解纸上形成PEDOT薄膜的方法包括以下步骤：
I)将裁剪好的电解纸含浸在浓度为1～40wt％的EDOT单体中；
II)将含浸有导电聚合物的电解纸进行干燥；
III)将干燥后的电解纸浸入到浓度为10～70wt％的氧化剂溶液中；
IV)将步骤3)中的电解纸在温度为室温～200℃的环境中聚合1～48h，使得电解纸上聚合有PEDT；
V)干燥，使得电解纸处于湿润的状态。
上述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述氧化剂为对甲苯磺酸铁。
上述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述电解纸为非碳化电解纸，所述电解纸上形成有PEDOT薄膜，所述电解纸上形成PEDOT薄膜的方法包括以下步骤：I)将芯包含浸在浓度为1～40wt％的EDOT单体中；
II)将含浸有导电聚合物的芯包进行干燥；
III)将干燥后的芯包浸入到浓度为10～70wt％的氧化剂溶液中；
IV)将步骤III)中的芯包在温度为室温～200℃的环境中聚合1～48h，使得电解纸上聚合有PEDT；
V)干燥，使得芯包上形成有PEDOT膜。
上述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述氧化剂为对甲苯磺酸铁。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，通过PEDOT：PSS薄膜对PEDOT与阳极箔的氧化膜进行有效的隔离；同时通过对甲基红对PEDOT：PSS薄膜进行掺杂使得PEDOT：PSS薄膜的电导率得到明显的提高，使得PEDOT：PSS薄膜的电导率仅比PEDOT薄膜的电导率略低，这样制作出来的固态铝电解电容器esr小，其耐纹波电流的能力强。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种耐纹波电流的固态铝电解电容器，包括密封在铝壳内的芯包，所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕和折叠而成；所述阳极箔和阴极箔之间形成有PEDOT：PSS薄膜，所述PEDOT：PSS薄膜内掺杂有对甲基红；所述对甲基红占PEDOT：PSS薄膜总重量的5％。
在本实施例中，电解纸为非碳化电解纸，所述电解纸上形成有PEDOT薄膜；对甲基红掺杂的PEDOT：PSS薄膜填充在电解纸与阳极箔以及电解纸与阴极箔之间。在本实施例中，用甲基红对PEDOT：PSS进行掺杂能够有效地提高PEDOT：PSS薄膜的电导率。在本实施例中对甲基红作为P型掺杂剂，能够使得PEDOT：PSS薄膜内的空穴增加。用中对甲基红掺杂后的PEDOT：PSS薄膜电导率至少增加一个数量级也就是十倍。在本实施例中，对甲基红的化学式为C15H15N3O2，分子量为269.3。
本实施例中，还提供一种耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
1)将对甲基红加入到PEDOT：PSS分散液中，所述对甲基红的重量为对甲基红加上PEDOT：PSS总重量的0.5％-5％；搅拌均匀；待用；
2)将芯包浸入到步骤1)中的溶液中进行含浸；
3)干燥使得阳极箔和阴极箔之间形成有对甲基掺杂的PEDOT：PSS薄膜。干燥温度为50-100摄氏度，时间为2-6小时。
在本实施例中，含浸的方式采用传统的含浸方式，例如重复含浸法、加压含浸法或真空含浸法；其中重复含浸法在常温下进行，含浸次数为1-3次，在含浸完第一次后先进行干燥，然后进行下一次含浸，其中干燥温度为室温～120℃，干燥时间5～120min；加压含浸的的压力为0.1～1MPa，真空含浸真空度为0.1～1×10-4Pa。
实施例2
在本实施例中，电解纸为非碳化电解纸，所述电解纸上形成有PEDOT薄膜，所述电解纸上形成PEDOT薄膜的方法包括以下步骤：
I)将裁剪好的电解纸含浸在浓度为1～40wt％的EDOT单体中；
II)将含浸有导电聚合物的电解纸进行干燥；
III)将干燥后的电解纸浸入到浓度为10～70wt％的氧化剂溶液中；氧化剂为对甲苯磺酸铁。
IV)将步骤3)中的电解纸在温度为室温～200℃的环境中聚合1～48h，使得电解纸上聚合有PEDT；
V)干燥，使得电解纸处于湿润的状态。在本实施例中，电解纸不能够完全干燥，因为电解纸完全干燥后在卷绕的时候PEDOT薄膜可能会产生裂缝，从而影响电解质的电性能。电解纸需要干燥到不滴水，同时卷绕不会产生裂缝。
在本实施例中，还提供一种在电解纸上形成PEDOT薄膜的方法，其包括以下步骤：
I)将芯包含浸在浓度为1～40wt％的EDOT单体中；
II)将含浸有导电聚合物的芯包进行干燥；
III)将干燥后的芯包浸入到浓度为10～70wt％的氧化剂溶液中；氧化剂为对甲苯磺酸铁。
IV)将步骤III)中的芯包在温度为室温～200℃的环境中聚合1～48h，使得电解纸上聚合有PEDT；
V)干燥，使得芯包上形成有PEDOT膜。在这种方法中，虽然卷绕后再在电解纸上形成PEDOT，但是由于含浸EDOT单体的量不好把握，一旦含浸过多，聚合后，会影响后续对甲基掺杂的PEDOT：PSS分散液的含浸。
Claims (8)
1.一种耐纹波电流的固态铝电解电容器，其特征在于：包括密封在铝壳内的芯包，所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕和折叠而成；所述阳极箔和阴极箔之间形成有PEDOT：PSS薄膜，所述PEDOT：PSS薄膜内掺杂有对甲基红；所述对甲基红占PEDOT：PSS薄膜总重量的0.5%-5%。
2.根据权利要求1所述的耐纹波电流的固态铝电解电容器，其特征在于：所述电解纸为非碳化电解纸，所述电解纸上形成有PEDOT薄膜；对甲基红掺杂的PEDOT：PSS薄膜填充在电解纸与阳极箔以及电解纸与阴极箔之间。
3.一种耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将对甲基红加入到PEDOT：PSS分散液中，所述对甲基红的重量为对甲基红加上PEDOT：PSS总重量的0.5%-5%；搅拌均匀；待用；
2）将芯包浸入到步骤1）中的溶液中进行含浸；
3）干燥使得阳极箔和阴极箔之间形成有对甲基掺杂的PEDOT：PSS薄膜。
4.根据权利要求3所述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中的干燥温度为50-100摄氏度，时间为2-6小时。
5.根据权利要求3所述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述芯包中的电解纸为非碳化电解纸，所述电解纸上形成有PEDOT薄膜，所述电解纸上形成PEDOT薄膜的方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述氧化剂为对甲苯磺酸铁。
7.根据权利要求3所述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述芯包中的电解纸为非碳化电解纸，所述电解纸上形成有PEDOT薄膜，所述电解纸上形成PEDOT薄膜的方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的耐纹波电流的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述氧化剂为对甲苯磺酸铁。
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